[논문]고온용 플라스틱 필름 수위 센서 개발

이영태

고온용 플라스틱 필름 수위 센서 개발
Development of Plastic Film Type Water Level Sensor for High Temperature 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.18 no.4, 2019년, pp.124 - 128

이영태 (안동대학교 전자공학교육과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a high temperature plastic film type water level sensor was developed. The high temperature film type water level sensor was manufactured by attaching a copper film to a polyimide film which can be used for a long time at 250℃, by laminating process and patterning the electrode by etching process. For the performance evaluation of the developed film type water level sensor, the temperature dependence of the capacitance was measured, and the deformation was examined after standing for 8 hours in 150℃ air. The developed film type water level sensor can be used at up to 150℃, and can be applied to electric ports and steam devices.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

고온용 필름 수위 센서의 내열 특성을 평가하기 위하여, 플라스틱 필름 수위 센서가 접착된 비이커에 물을 채우고, 열을 가하면서 정전용량 및 내구성을 평가하였다. Fig. 5에 나타낸 것과 같이 필름 수위 센서가 접착된 비커(beaker)에 일정 높이의 물을 담아 일정한 수위를 유지하고, hot plate로 온도를 높이면서 정전용량을 측정하였다. 필름 수위 센서의 정전용량 변화를 LCR 미터를 이용하여 측정하여, 정전용량의 온도 의존성을 측정하였다.
플라스틱 필름 형 수위 센서를 고온용으로 개발하기 위하여 폴리이미드 필름(polyimide film)을 사용했다. 고온용 필름 수위 센서는 폴리이미드 필름 위에 구리 필름을 라미네이팅(laminating) 공정으로 접착하고, 구리의 에칭 (etching) 공정으로 전극 패턴을 형성하는 방법으로 제작했다. 필름 형 수위 센서의 전극을 용액으로부터 절연 보호하기 위하여 절연 잉크를 스크린 프린팅 하거나(Fig.
정전용량 형 수위 센서를 이용 하여 수위를 측정 할 때에는 물의 온도에 대한 비유전율 변화를 고려해야 한다. 고온용 필름 수위 센서를 150 ℃의 항온항습기에 8시간 동안 방치한 후에 정전용량 및 내구 성을 측정하여 내열 특성을 평가하였다.
3. 결과 및 고찰

고온용 필름 수위 센서를 개발하기 위하여 폴리이미드 필름에 구리 필름을 라미네이팅(laminating) 공정을 이용하여 접착하고, 에칭(etching) 공정을 이용하여 전극 패턴을 형성했다. 폴리이미드 필름은 250℃에서 장기간 사용이 가능하기 때문에 150℃까지 사용이 가능한 정전용량 형수위 센서 개발이 가능했다.
고온용 필름 수위 센서를 개발했다. 고온에서 장기 사용이 가능한 폴리이미드 필름에 구리 필름을 라미네이팅 공정으로 접착하고 전극 패턴을 에칭하는 방법으로 제작되기 때문에 150℃까지 사용이 가능하다.
제작된 고온용 필름 수위 센서의 성능을 평가하기 위한 측정 시스템을 구축했다. 고온용 필름 수위 센서의 내열 특성을 평가하기 위하여, 플라스틱 필름 수위 센서가 접착된 비이커에 물을 채우고, 열을 가하면서 정전용량 및 내구성을 평가하였다. Fig.
폴리이미드 필름은 250℃에서 장기간 사용이 가능하기 때문에 150℃까지 사용이 가능한 정전용량 형수위 센서 개발이 가능했다. 본 연구에서 개발한 고온용 필름 수위 센서의 온도 의존성을 평가하기 위하여 물의 온도를 30℃에서 100℃까지 변화시키면서 정전용량을 측정하였다. 측정 결과, 온도가 높아질수록 정전용량이 증가하였다.
제작된 고온용 필름 수위 센서의 성능을 평가하기 위한 측정 시스템을 구축했다. 고온용 필름 수위 센서의 내열 특성을 평가하기 위하여, 플라스틱 필름 수위 센서가 접착된 비이커에 물을 채우고, 열을 가하면서 정전용량 및 내구성을 평가하였다.
폴리이미드는 250℃에서 장기 사용이 가능하기 때문에 고온용 필름 형 수위 센서 개발에 응용이 가능하다. 폴리이미드 필름 위에 금속 전극을 형성하는 방식으로 고온용 정전용량 형 플라스틱 필름 수위 센서를 개발했다.
5에 나타낸 것과 같이 필름 수위 센서가 접착된 비커(beaker)에 일정 높이의 물을 담아 일정한 수위를 유지하고, hot plate로 온도를 높이면서 정전용량을 측정하였다. 필름 수위 센서의 정전용량 변화를 LCR 미터를 이용하여 측정하여, 정전용량의 온도 의존성을 측정하였다.

대상 데이터

본 논문에서 150℃ 이상의 환경에서도 사용이 가능한 필름 형 수위 센서 개발을 위해 폴리이미드(polyimide) 필름을 사용했다. 폴리이미드는 250℃에서 장기 사용이 가능하기 때문에 고온용 필름 형 수위 센서 개발에 응용이 가능하다.
제작된 수위센서의 사이즈는 170 X 25 X 0.025mm3이고, 전극 의 두께는 20㎛이다.
플라스틱 필름 형 수위 센서를 고온용으로 개발하기 위하여 폴리이미드 필름(polyimide film)을 사용했다. 고온용 필름 수위 센서는 폴리이미드 필름 위에 구리 필름을 라미네이팅(laminating) 공정으로 접착하고, 구리의 에칭 (etching) 공정으로 전극 패턴을 형성하는 방법으로 제작했다.

성능/효과

필름 수위 센서의 내열 특성을 평가하기 위하여 150℃로 설정된 항온항습기에 8시간 동안 방치한 후, 다시 실온에서 2시간 방치했다. 열이 가해진 필름 수위 센서의 구조적 변형을 관찰한 결과, 얇은 폴리이미드 필름의 열 변형이 관찰되었으며, 고온의 공기 중에 직접 노출된 구리 전극의 산화 현상이 일부 관찰되었다. 제작된 필름 수위 센서의 기본 정전용량은 1kHz 주파수에서 약 3.
열처리 전, 후의 전극 사이즈를 측정한 결과 사이즈의 변화가 거의 없는 것을 확인하였으며, 라미네이팅 공정으로 제작된 구리 필름의 박리 현상은 관찰되지 않았다. 150℃ 의 온도에 노출된 폴리이미드 필름의 두께 25㎛(전극 포함 45㎛)로 매우 얇기 때문에 다소의 변형이 발생하였지만, 필름 수위 센서는 구조물에 접착하여 사용하는 형식이기 때문에 폴리이미드 필름의 변형은 무시해도 괜찮을 것으로 판단된다.
본 연구에서 개발한 고온용 필름 수위 센서의 온도 의존성을 평가하기 위하여 물의 온도를 30℃에서 100℃까지 변화시키면서 정전용량을 측정하였다. 측정 결과, 온도가 높아질수록 정전용량이 증가하였다. 물의 온도가 높아지면 비유전율이 감소하여 정전용량이 낮아져야 하나, 높아지는 것은 온도가 높아지면서 발생하는 수증기가 물에서 노출되어 있는 수위 센서 전극 부에 코팅되어 정전용량을 증가시키는 역할을 하였다.

후속연구

개발된 고온용 필름 수위 센서는 150℃ 이상에서 사용이 가능할 것으로 판단된다. 물을 끓이는 과정에서도 수위 측정이 가능하기 때문에 전기 온수 포트, 스팀 장치, 보일러 등 고온 분위기에서 수위 측정이 필요한 시스템에 응용이 가능하다.
하지만 플라스틱 필름 형 수위 센서의 경우 고온 환경에서 사용이 불가능한 문제점이 있다. 고온에서 사용이 가능한 플라스틱 필름 형 수위 센서가 개발된다면, 스팀 기계, 보일러, 전기 온수 포트등 가전 등 응용 범위를 획기적으로 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.
물을 끓이는 과정에서도 수위 측정이 가능하기 때문에 전기 온수 포트, 스팀 장치, 보일러 등 고온 분위기에서 수위 측정이 필요한 시스템에 응용이 가능하다. 고온용 플라스틱 필름 형 수위 센서는 제조 단가가 낮고, 제조 공정이 간단하기 때문에 상품화될 경우 다양한 응용 분야가 도출될 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전기 저항 형 수위 센서의 문제점은?	출력 신호가 커서 정확한 수위 측정이 가능하다. 하지만, 전기 저항 형 수위 센서는 연속 측정이 힘들고, 전극이 액체에 직접 접촉되기 때문에 부식의 문제가 있다. 또한 전기 저항이 너무 높은 액체의 수위 측정이 어려운 문제가 있다. 초음파와 광학 식 수위 센서의 경우는 시스템이 복잡하고, 연속 측정이 아닌 상/하한 등 특정 수위만 측정할 수 있어서 응용 분야도 한정된다.
	개발된 고온용 필름 수위 센서는 물을 끓이는 과정에서도 수위 측정이 가능해서 어떤 시스템에서 응용이 가능한가?	개발된 고온용 필름 수위 센서는 150℃ 이상에서 사용이 가능할 것으로 판단된다. 물을 끓이는 과정에서도 수위 측정이 가능하기 때문에 전기 온수 포트, 스팀 장치, 보일러 등 고온 분위기에서 수위 측정이 필요한 시스템에 응용이 가능하다. 고온용 플라스틱 필름 형 수위 센서는 제조 단가가 낮고, 제조 공정이 간단하기 때문에 상품화될 경우 다양한 응용 분야가 도출될 수 있을 것으로 판단된다.
	정전 용량 형 수위 센서의 장단점은?	초음파와 광학 식 수위 센서의 경우는 시스템이 복잡하고, 연속 측정이 아닌 상/하한 등 특정 수위만 측정할 수 있어서 응용 분야도 한정된다. 정전 용량 형 수위 센서는 출력 신호가 비교적 작은 것이 단점이나 전극이 액체에 직접 노출되지 않아서 부식의 우려가 없고, 연속 측정이 가능한 장점이 있다. 일반적으로 정전 용량 형 수위 센서는 금속 전극 형태로 다양하게 개발되어 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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